關于防排煙系統設計的一些思考

吳梅艷

（福建綠城建筑設計有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

研究表明，高溫有毒的煙氣是造成火災人員傷亡的首要因素，因火災煙氣致死人數約占火災死亡人數的70%[1]。作為重要的消防設施，建筑防排煙系統能有效阻擋有害煙氣、保障人員安全疏散同時有利于消防人員順利進入火場施救。防排煙系統設計的重要性毋庸置疑。本文旨在通過個人工作實踐，對工程設計、施工及驗收中發現和遇到的一些問題，對防排煙系統設計進行一些思考和探索。

1 自然防排煙

《建筑防煙排煙系統技術標準》（以下簡稱《標準》）中強制規定了建筑高度大于50m的公建、工建及建筑高度大于100m的住宅，其防煙樓梯間、前室、合用前室等均應設置機械加壓送風系統，其他情況則在符合規范前提下，合理采用自然防煙或機械加壓送風方式。此外，排煙系統設計應根據建筑功能及平面布置等因素，盡可能采用自然排煙[1]。

事實上，自然防排煙效果受到各種條件的影響，如火災發生季節不同，會主導不同的風向，造成不同的室內外溫差，風壓和熱壓的共同作用為自然防排煙效果帶來了許多不確定性。自然防排煙還需依賴可開啟外窗的作用，而外窗的開啟往往需要室內人員操作。有專家推論，在自然因素、人為因素及建筑物自身因素等綜合作用下，自然防排煙可靠率僅為50%。

設計過程中，設計師往往遵循簡便易行的原則，在符合規范前提下，盡可能選擇自然防排煙方式。我國幅員遼闊，地形多變，氣候帶分布廣泛。類型相似的建筑，可能設計在夏熱冬暖的海濱城市，也可能設計在寒冷的內陸北方城市。如夏熱冬暖地區的人們普遍習慣開窗通風，冬季無采暖需求或采暖需求較低，建筑室內外溫差亦不大，樓梯煙囪效應小，優先采用自然防排煙方式較為可靠。反之，類似建筑如設在寒冷地區濱海城市的開闊地帶，冬季由于室內外溫差大，樓梯間煙囪效應明顯，加之室外風向多變，大風天氣頻發，自然防排煙方式極有可能因熱壓和風壓的作用影響效果。因此，做為設計師，我們不應該為求省事，簡單套用，而應該因地制宜，充分了解各地的地形、氣候、氣象參數等條件，合理采用自然防排煙方式。

2 機械防排煙

2.1 風道阻力的影響

新《標準》規定了機械防、排煙系統不能直接采用土建豎井，均應采用管道排煙。因為風道光滑度對系統有效性起關鍵作用，該條為強制性條文，應嚴格執行。文獻指出前室及合用前室的多葉送風口厚度一般為 275mm，而豎井墻厚有時僅為100mm，在薄墻安裝風口會使得風口內凸175mm，以26層高的豎井為例計算，風口內凹的阻力比光滑豎井時增加了407.1Pa。新《標準》的實施，往后設計中不會再有多葉送風口直接凸進土建風道的情況，但暖通設計與建筑配合中仍不免因條件受限，豎井面積過小，內襯風管與井道內壁甚至僅有50-100mm的間距，如果風井仍為100mm的薄墻，多葉送風口勢必會內凸進風管內75-125mm。由于采用金屬內襯風管時，規范對風管的最高風速限定值是20m/s，因風井面積限制，設計時將風速算到接近20米的情況并不鮮見，故多葉送風口內凸進風管仍然會產生較大系統阻力。因此，我們在設計時應注意核算多葉送風口的安裝厚度，盡可能保證內襯風管外壁和風井外壁有300mm以上的厚度，避免出現風口內凸進風管，因條件受限，風口不得已要凸進內襯風管時，應計算內凸段所增大的系統阻力，在風機選型時加大風機風壓。

相比機械加壓送風系統，機械排煙系統往往更為復雜。為節約管井及機房條件等，機械排煙系統設計往往采用豎直方向合用，水平方向不跨越防火分區，但每層負擔多個防煙分區排煙的方式。對于較為復雜的大型項目，排煙系統復雜性亦大大增加，其負擔的防煙分區越多，系統中的排煙防火閥、各種變徑、三通、四通及彎頭等局部構件也會相應增多，而局部阻力對風道阻力的貢獻約占 80%左右。此外，對于復雜建筑，排煙管道常常不能經由上下貫通對位的排煙豎井排至室外，自下而上要經過多次轉接，同時根據豎井形狀改變風管大小，這極大增加了系統的沿程和局部阻力，也增大了系統漏風的風險。如果豎井條件受限，導致風管長寬比過大，也會大大增大系統阻力。為節約凈高，排煙系統風管風速經常選得較大，設計師為節省時間沒有逐個計算排煙系統的阻力，而是采用經驗數值選定風機的風壓。風機風壓選擇失當常常會導致排煙系統風量不足的問題，極大影響了排煙效果。這類問題在消防工程驗收中如能被測量發現，自然還能更正，可復雜項目內含幾百上千個排煙口，消防驗收實難一一驗證糾錯，這就需要我們設計師在設計過程中本著嚴謹負責的態度，認真計算校核系統阻力。

2.2 風機選型的影響

設計師在風機選型中一般只關注風機風量和全壓值，鮮少關注不同品牌的風機廠商其產品特性曲線的差異。文獻通過計算發現，選用不同的風機會得到不同位置的管道工作點，在各防煙分區排煙量差異較大時，有可能使風機運行不到穩定工作區，可能造成風機喘振。即使各防煙分區風量相同，但各支路管道距離差距較大時，因管道阻力不同，在以遠端防煙分區工況點選型風機特性曲線上，工作點也可能落在穩定工作區以外，此時電動機功率增大，可能導致離心風機電動機過載損壞。一旦該防煙分區發生火災，排煙系統的穩定工作恐難保證。因此，我們在設計過程中應盡可能將各防煙分區面積劃分得較為均勻，同時避免各環路阻力差異過大，風機選型確定后，應注意各防煙分區工作點是否落在穩定工作區域，盡可能協助施工單位和風機廠家選型，保證系統的穩定運行。

2.3 防煙系統壓力的影響

加壓送風時，防煙樓梯間空氣壓力應大于前室，前室大于走道，方能阻止煙氣進入樓梯間。如果僅從防煙角度考慮，很容易得出加壓送風越大越好的結論，事實上，對于樓梯間、前室、合用前室等區域，由于加壓送風作用力與疏散門開啟方向相反，如壓力過高，疏散門難以開啟，影響人員安全疏散。美國NFPA1《防火規范》中規范打開安全逃生設施任意門的推力不應超過133N。《標準》3.4.9條以推力110N計算得出該推力能克服門兩側最大壓力差為43Pa[1]。設計人員在機械加壓送風系統的風量選擇上往往隨意性較大，系統超壓的現象較為嚴重，《規范》實施前，許多項目甚至不設計泄壓措施。本人認為，系統壓力控制理應引起足夠重視，否則加壓送風系統的存在對人員安全疏散造成了影響，豈非適得其反。防煙系統壓力控制方法是否安全可靠也需考慮。工程中一般通過在需要加壓的樓梯間、前室、合用前室設置余壓傳感器，聯動加壓送風機的旁通風管來控制壓力值。卻也有文獻認為，對于僅有樓梯間加壓送風，其前室不設加壓的情況下，僅在樓梯間設置壓力傳感器，在樓梯間門未開啟的情況下，前室正壓值難以保證，此時應在樓梯間和前室隔墻處設置帶電動風閥及防火閥的連通風管，同時在前室設置壓力傳感器就地連鎖聯通風管上的電動風閥。實際工程中，由于考慮造價、美觀性等因素，設計師會根據業主的意愿，較少采用每層前室、合用前室直接設置余壓閥控制的方法。

3 總結

防排煙系統做為消防設施的重要組成部分，系統設計的可靠性十分重要。設計師應當因地制宜，結合具體情況，合理選擇防排煙系統形式。設計機械防排煙系統時，不應化繁就簡，僅依靠經驗數據來設計，系統阻力、風機形式、風量大小等都應經過嚴密的計算來確定。設計師在與其他專業、業主等方配合溝通中，更應本著安全無小事的原則，使得防排煙系統的設計真正做到合理、安全、有效。